集成图像传感器和电子系统技术方案

本实用新型专利技术的实施例涉及集成图像传感器和电子系统。一种具有背面照度的集成图像传感器，该集成图像传感器包括至少一个像素(PIX)，该至少一个像素包括有源半导体区域(1)和聚光透镜(L)，该有源半导体区域具有第一面(10)和第二面(11)并且包含光电二极管(3)，该聚光透镜位于该有源半导体区域(1)的该第一面(10)的前方并且被配置成用于将到达该透镜(L)上的光线(r1)引导朝向该有源半导体区域(1)的中央区(12)。该有源半导体区域(1)包括至少一个衍射元件(5)，该至少一个衍射元件具有与该有源半导体区域(1)的折射率不同的折射率并且至少部分地位于该中央区(12)中在该有源半导体区域的这些面(10，11)之一上。

Integrated image sensor and electronic system

The embodiment of the utility model relates to an integrated image sensor and an electronic system. An integrated image sensor with back illumination, which includes at least one pixel (PIX), at least one pixel including an active semiconductor region (1) and a spotlight lens (L), the active semiconductor region having a first surface (10) and a second face (11) and a photodiode (3), which is located there. The source semiconductor region (1) is in front of the first side (10) and is configured to guide the central region (12) toward the active semiconductor region (1) by the light (R1) that will reach the lens (L). The active semiconductor region (1) includes at least one diffraction element (5), the at least one diffraction element having a refractive index different from the refractive index of the active semiconductor region (1) and at least partly on one of these surfaces (10, 11) in the central region (12) in the active semiconductor region.

【技术实现步骤摘要】
集成图像传感器和电子系统
本技术的实施例涉及光学图像传感器(具体为具有背面照度的图像传感器)，并且具体地涉及提高这种类型的传感器的量子效率。
技术介绍
图像传感器的量子效率是所收集的电荷数量与入射到图像传感器(例如光电二极管)的有源区域上的光子数量之比。这个量可以表征图像传感器对光的感光度。针对近红外光学信号(即，波长处于700纳米至1000纳米之间的光线)的量子效率较低，具体是因为传感器的光敏区域的硅对这些波长的吸收较低。存在可以提高具有背面照度的图像传感器针对近红外波长的量子效率的手段。一种解决方案在于通过反射现象增长光线在硅中行经的光学路径，例如，在位于有源区域后方的互连部分(通常被本领域技术人员称为首字母缩略词BEOL：“后段制程”)中的金属化层上、或者在界定有源区域的绝缘沟槽上。然而，这些方法仍然不够，尤其是因为在最紧凑的图像传感器中使用的硅厚度较小。
技术实现思路
因此，一个实施例提供了一种至少部分解决以上技术问题的图像传感器，该图像传感器针对红外光线具有提高的量子效率。一方面，提供了一种具有背面照度的集成图像传感器，该集成图像传感器包括至少一个像素，该至少一个像素包括有源半导体区域和聚光透镜，该有源半导体区域具有第一面和第二面并且包含光电二极管，该聚光透镜位于该有源半导体区域的第一面的前方并且被配置成用于将到达该透镜的光线引导朝向该有源半导体区域的中央区。根据此方面的一个一般特性，该有源半导体区域包括第一衍射元件，该第一衍射元件具有与该有源半导体区域(例如氧化物)的折射率不同的折射率并且至少部分地位于该中央区中、在该有源半导体区域的这些面之一上。因此，通过将特定的衍射元件至少部分地形成在该中央区中，由于这个衍射元件的定位所导致的许多衍射，光线在硅中行经的光学路径更进一步地增长了。该传感器还可以包括至少一个金属化层，该至少一个金属化层位于该有源半导体区域的第二面的前方、被包封在绝缘区域中并且光学地耦合至该第一衍射元件。因此，由于存在至少一个金属化层(其对由衍射元件衍射的光线进行反射)，更进一步地增强了衍射元件的效果。根据一个实施例，该第一衍射元件可以包含第一绝缘材料沟槽，该沟槽位于该有源半导体区域中在该有源半导体区域的该第一面上。根据与前述实施例兼容的另一个实施例，该第一衍射元件可以包含第二绝缘材料沟槽，该沟槽位于该有源半导体区域中在该有源半导体区域的该第二面上。该至少一个衍射元件还可以包括形成在该有源半导体区域的第二面上的一行多晶硅。因为有源半导体区域的前面通常包含薄保护氧化层，所以在衍射元件与其直接环境之间总是存在折射率差异。根据一个实施例，该至少一个衍射元件沿平行于该第一面和该第二面的单个方向延伸并且至少部分地位于该有源半导体区域的中央区中。该传感器可以包括多个衍射元件，该多个衍射元件包括该第一衍射元件。这些多个衍射元件中的至少一些衍射元件可以结合在一起，从而形成沿多个方向延伸的单个衍射图案。另一方面，提供了一种系统，该系统例如属于形成智能电话或数字相机的类型，该系统包括至少一个如上限定的集成图像传感器。如上所述，通过将特定的衍射元件至少部分地形成在中央区中，由于这个衍射元件的定位所导致的许多衍射，光线在硅中行经的光学路径更进一步地增长了。因此，允许有源半导体区域对光子的吸收大幅提升，从而提高了图像传感器的量子效率。附图说明本技术的其他优点和特性将基于学习完全非限制性实施例的详细说明和附图而变得明显，在附图中：-图1至图7示意性地展示了本技术的多个实施例。具体实施方式图1示意性地展示了具有背面照度(BSI：本领域技术人员所熟知的术语)类型的集成图像传感器CAP的像素PIX，并且图2是沿图1的截面线II-II的截面视图。像素PIX具有有源区域1，该有源区域具有第一面10或后面、以及第二面11或前面。有源区域1通过多个深隔离沟槽2(DTI：“深沟槽隔离”)与相邻的像素隔离开。有源区域1常规地包括光电二极管3。光电二极管3在这种情况下属于竖直“针”型，即，具有例如N型掺杂区域的光电二极管，该N型掺杂区域封闭在另一个例如P型掺杂区域中并且在有源区域1中竖直地(即，沿从前面10至后面11延伸的方向)延伸。像素PIX包括第一绝缘区域40，该第一绝缘区域形成在有源区域的后面10上，并且在该第一绝缘区域上存在能够使入射光线r1朝有源区域1的中央区12会聚的聚光透镜L，该有源区域包括光电二极管3。像素PIX包括包围多个金属化层的第二绝缘区域41，这些金属化层例如属于包含传感器CAP的集成电路的互连部分(BEOL)。这些金属化层可以在传感器的不同部件(为了简单起见，没有呈现这些部件)之间形成互连，并且位于有源区域的第二面前方的一些金属化层M还被用作反射器以便将可能穿过有源区域1的光线反射朝向该有源区域。有源区域的后面10支撑衍射元件5，该衍射元件形成在有源区域1内并且部分地在中央区12中，并且能够衍射来自透镜L的入射光线。衍射元件5在这种情况下包括浅沟槽50，该浅沟槽形成在有源区域1中并且包含绝缘材料。因此，例如，当入射光线r1到达透镜L时，其被引导朝向有源区域1的中央区12。当入射光线遇到衍射元件5时，其被衍射进入有源区域1呈不同角度的众多衍射光线r2、r3、r4。例如，衍射光线r4被深隔离沟槽2第一次反射朝向有源区域1的前面11。衍射光线r4然后穿过有源区域1直到其遇到包封在第二绝缘区域41中的金属化层M的金属线。然后光线被第二次反射朝向有源区域1，其中，该光线可以被深沟槽2再次反射和/或可以被吸收。因此，衍射元件5有利地有助于增长入射光线穿过透镜L的光学路径。这是因为衍射元件5、隔离沟槽2和金属化层M的结合效果允许了特别长的光学路径，并且因此允许有源区域1对光子的吸收大幅提升。因此提高了图像传感器CAP的量子效率。诸位专利技术人具体地已经观察到，这种类型的传感器允许吸收比类似的但不具有衍射元件的传感器吸收的红外辐射多达3倍的红外辐射。在此应注意到的是，不是所有入射光线都遇到衍射元件5。尽管如此，因为透镜L是被配置成用于引导入射光线朝向有源区域的中央区12的聚光透镜并且衍射元件部分地位于这个中央区12中，所以大部分入射光线都将遇到衍射元件5。图3展示了实施例，在该实施例中衍射元件5包含浅隔离沟槽51，该浅隔离沟槽没有如上所述地位于传感器的后面10上，而是位于有源区域中的前面11上。因此，到达传感器的入射光线r1将首先穿过有源区域1，然后被衍射元件5衍射。因此，被衍射元件5衍射的光线r4、r5、r6中的大部分被金属化层M的金属线第一次反射朝向有源区域1，其中，它们可以被深隔离沟槽2第二次反射和/或可以被吸收。入射光线还可以穿过有源区域1并且然后可以被金属化层M的金属线第一次反射朝向衍射元件，之后遇到衍射元件5，并且被衍射进入有源区域1中呈多束衍射光线，该多束衍射光线被深隔离沟槽2第二次反射和/或可以被吸收。这个实施例还与具有平面类型的光电二极管的像素兼容。应注意的是，完全可以提供一个衍射元件，该衍射元件包含位于后面10上的隔离沟槽和位于前面11上的隔离沟槽两者。图4展示了本技术的实施例，在该实施例中，衍射元件5包含形成在有源区域1的前面上在有源区域1与金属化层M之间的一行多晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成图像传感器，所述集成图像传感器具有背面照度，所述集成图像传感器包括至少一个像素(PIX)，所述至少一个像素包括有源半导体区域(1)和聚光透镜(L)，所述有源半导体区域具有第一面(10)和第二面(11)并且包含光电二极管(3)，所述聚光透镜位于所述有源半导体区域(1)的所述第一面(10)的前方并且被配置成用于将到达所述透镜(L)上的光线(r1)引导朝向所述有源半导体区域(1)的中央区(12)，其特征在于，所述有源半导体区域(1)包括第一衍射元件(5)，所述第一衍射元件具有与所述有源半导体区域(1)的折射率不同的折射率并且至少部分地位于所述有源半导体区域的所述第一面(10)和所述第二面(11)之一上的所述中央区(12)。

【技术特征摘要】
2016.09.22 FR 16588981.一种集成图像传感器，所述集成图像传感器具有背面照度，所述集成图像传感器包括至少一个像素(PIX)，所述至少一个像素包括有源半导体区域(1)和聚光透镜(L)，所述有源半导体区域具有第一面(10)和第二面(11)并且包含光电二极管(3)，所述聚光透镜位于所述有源半导体区域(1)的所述第一面(10)的前方并且被配置成用于将到达所述透镜(L)上的光线(r1)引导朝向所述有源半导体区域(1)的中央区(12)，其特征在于，所述有源半导体区域(1)包括第一衍射元件(5)，所述第一衍射元件具有与所述有源半导体区域(1)的折射率不同的折射率并且至少部分地位于所述有源半导体区域的所述第一面(10)和所述第二面(11)之一上的所述中央区(12)。2.根据权利要求1所述的集成图像传感器，其特征在于，还包括至少一个金属化层(M)，所述至少一个金属化层位于所述有源半导体区域的所述第二面的前方、被包封在绝缘区域(41)中并且光学地耦合至所述第一衍射元件(5)。3.根据权利要求1所述的集成图像传感器，其特征在于，所述第一衍射元件(5)包含第一绝缘材料沟槽(50)，所述第一绝缘材料沟槽位于所述有源半导体区域(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·克罗彻瑞，P·马林格，
申请(专利权)人：意法半导体克洛尔二公司，
类型：新型
国别省市：法国,FR